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·龙门吊实现远程控制最关键的技术之一就是北斗时空智能。宁波舟山港北仑第二集装箱码头6台龙门吊搭载接收北斗卫星信号的天线和时空智能终端,实现厘米级高精度定位,远程调度作业更精准,提升堆场集装箱装卸效率,提高生产安全,降低码头人力成本,改善作业环境。

码头上,龙门吊加装了形似蘑菇的天线,用于接收北斗卫星信号。

宁波舟山港位于我国南北沿海和长江航道“T”型结构的交汇处,是“长江经济带”的南翼“龙眼”,货物吞吐量连续13年位居全球第一。

在宁波舟山港北仑第二集装箱码头,集装箱层层堆叠,集卡车辆往来频繁,远程操控的无人驾驶龙门吊抓起堆场上的集装箱稳稳落在集卡上。这些龙门吊搭载了接收北斗卫星信号的天线和时空智能终端,可以实现厘米级高精度定位。

在码头之外的远程控制室内,工作人员正监控龙门吊作业。千寻位置“港口设备位置监控管理平台”为码头构建了数字孪生底座,提供基于北斗厘米级卫星定位的管理功能,搭载北斗卫星信号天线的集卡在管理平台上的移动清晰可见,高精度定位数据与高精度地图融合,使得港机和车辆位置轨迹实时监测,实现车道级监管。

龙门吊驾驶员从高空移步远程控制室,远程操控集装箱作业

传统龙门吊作业时,驾驶员要在几十米高的龙门吊驾驶室内长期低头注视地面操控作业。由于道路平整度、轮胎气压等原因,龙门吊在沿直线行驶中经常偏离限定车道线,这时候就需要驾驶员时刻关注吊车车轮行驶轨迹,随时调整,工作难度也增加了。

如今,龙门吊驾驶台后移至办公室,驾驶员从高空移步远程控制室,龙门吊作业实现了无人化自动化,所有指令自动派发到龙门吊,龙门吊行驶到相应位置进行作业。

码头上,龙门吊加装了形似蘑菇的天线,用于接收北斗卫星信号。

实现远程控制最关键的技术之一就是北斗时空智能。目前北仑第二集装箱码头共60台龙门吊,今年远控改造6台,这些龙门吊搭载了接收北斗卫星信号的天线和时空智能终端,可以实现厘米级高精度定位。千寻位置融合北斗高精度定位、机器视觉、识别避障算法、自动控制算法实现轮胎吊轨迹自动纠偏、智能防撞、精准停车,提升堆场集装箱装卸效率。

“龙门吊智能化的第一步,是利用北斗RTK(实时动态载波相位差分技术)测量出导轨,定位精度要求两厘米。第二步是龙门吊上安装北斗高精度定位终端,两侧各装一个天线,两个轮胎的位置就非常精准了。龙门吊的两个轮胎位置传到控制中心之后做坐标比对,生成算法策略,调整前进距离、加速度、转向。”千寻位置网络有限公司北斗港口应用专家王志锋表示,通过机器学习进行微调,路面不平情况下,龙门吊也能在限定车道线内行驶。

港口占地面积大,作业流程复杂,人员调度频繁,管理容易产生混乱。千寻位置为港口提供基于北斗厘米级卫星定位服务,为码头建立统一时空坐标系,使生产运营过程中积累的各种数据变得有序可信,解决事件反馈不及时、位置不准确、时间不精确、管理手段智能化程度不高等问题。

在远程控制室内,千寻位置“港口设备位置监控管理平台”提供基于位置的管理功能,通过高精度定位数据与高精度地图融合,实现港机和车辆的位置轨迹实时监测。宁波舟山港股份有限公司北仑第二集装箱码头分公司信息研发中心现场设备维护主管孙仲晖表示,如果在管理平台上看到一个区域的集卡拥堵,工作人员就会调度集卡,避免集中在一个箱区作业。

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北斗高精度定位结合调度算法提升码头效率,降低人力成本

传统集装箱码头在生产作业时,生产调度和管理仍需依靠人工。“没有北斗高精度定位,我们对于码头机械和集卡的精准位置不清楚,所以在做生产调度管理时也没有数据。”宁波舟山港股份有限公司北仑第二集装箱码头分公司信息研发中心主任蒋浩表示,运用数字孪生、高精度定位、5G等技术,码头逐步开展远控自动化改造,龙门吊远程调度更精准。

北斗高精度定位结合调度算法解决集装箱精准作业,提升工作效率。“传统龙门吊作业时,一个驾驶员管理一片区域,他只知道这片区域有集卡需要作业,但是这辆集卡有没有到或者到了哪里,驾驶员是无法知道的。所以龙门吊驾驶员只能根据主观判断,随意性强。”蒋浩表示,通过北斗高精度定位实时掌控集卡精准位置,就可以优化指令排序。集卡接近指定装卸地点时,系统主动发送作业任务给龙门吊,提升堆场集装箱装卸效率。

龙门吊无人化作业使得生产安全也得到提升,传统人工操作存在驾驶员疲劳驾驶造成事故的情况,吊箱过程中如果起升高度不足也会将其它集装箱撞倒。经过自动化改造,起升高度系统能够自动判断高度。原先一台龙门吊需要三个驾驶员三班倒,驾驶员在几十米高的狭小空间内工作8小时。实现远程操控后,一个远程控制人员可同时管理3-4台龙门吊作业,降低码头人力成本,改善作业环境。

堆场里的集装箱和龙门吊

码头集装箱有进有出,如何按照航次调度集卡、装卸集装箱是当前传统码头的生产瓶颈,集装箱装卸速度直接体现了码头生产效率。蒋浩表示,目前码头也在探索堆场智能管理,通过调度算法为集装箱分配一个相对合理的堆场位置,避免“翻箱倒柜”才能把所要的集装箱取出来。

“码头的任务就是装卸,我们估算过跟码头生产作业相关的要素大约有几百个,这些要素会影响码头生产作业的调度。”蒋浩表示,下一步将基于北斗、5G、车路协同等技术开展生产作业仿真,未来依托仿真系统,可在生产作业前把所有生产要素导入系统,按目前配置、作业安排、堆场现状找到最优作业方案,提升码头作业效率。事后仿真可以回溯码头生产作业,发现生产瓶颈,优化调度。无人集卡也是趋势,在智慧码头建设上,“我们在探索车路协同、无人集卡和有人集卡混行的方案。”

位置信息是码头高效调度前提,传统码头改造具有复制性

今年8月,科技部公布《关于支持建设新一代人工智能示范应用场景的通知》,首批支持建设智慧农场、智能港口等十个示范应用场景。

针对港口大型码头泊位、岸桥管理以及堆场、配载调度等关键业务环节,《通知》提出,运用智能化码头机械、数字孪生集成生产时空管控系统等关键技术,开展船舶自动配载、自动作业路径及泊位计划优化、水平运输车辆及新型轨道交通设备的协同调度、智能堆场选位等场景应用,形成覆盖码头运作、运行监测与设备健康管理的智能化解决方案,打造世界一流水平的超大型智能港口。

堆场里的集装箱和龙门吊

王志锋表示,港口改造主要包括港口数字化和自动化。“堆场管理也好,车队管理也好,本质上是要解决效率问题,解决效率问题的第一步是数字化。”数字化是基于港口基础设施、港机设备、人员、集装箱、船舶的数字化建模、驱动、展示、分析,构建港口时空智能数字平台解决方案,实现历史场景的记录分析、实时场景的动态监管、经营管理的仿真优化。位置信息是码头高效调度的前提,港口和其他场景相比,对定位精度的要求更高,码头98%的角落需要用到厘米级定位精度。自动化业务提供传统码头的全自动化改造,交付远控半自动、远控全自动以及智能全自动的解决方案。

目前千寻位置智慧港口时空智能解决方案已落地宁波舟山港北仑第一集装箱码头、宁波舟山港北仑第二集装箱码头、梅山港、洋山港、营口港、大连港等。国内绝大部分码头都是像北仑第二集装箱码头这样的传统码头,王志锋表示,相比从一张白纸开始新建码头,这些存量码头很难做基础设施的升级。例如自动驾驶龙门吊,新建码头可以通过在地面埋磁钉的方式实现,但老码头没有条件埋磁钉,成本也高,利用北斗高精度定位就能显著解决问题,具有较强的复制性。

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